Identification du modèle constitutif de l’adhésif structural

L’adhésif structural FM300-M est supposé isotrope. Une fois de plus les propriétés vont devoir être caractérisées à l’état cru et cuit. Des mesures DMA sont donc effectuées en traction sur des éprouvettes cuites et en traction et en compression sur des éprouvettes crues.

Afin de caractériser le comportement cuit de l’adhésif des éprouvettes sont découpées au sein d’un stratifié de colle de 4 plis cuit en autoclave. Une isofréquence de 1Hz est appliquée avec un déplacement imposé de 3.10−6 _{m. La mesure est effectuée au cours}

d’une rampe thermique de 2∘_{C/min allant de 20}∘_{C jusqu’à 220°C.}

Pour effectuer les mesures en traction sur éprouvettes crues, les échantillons sont découpés dans un stratifié de 4 plis de film adhésif. Les mesures sont effectuées au cours d’un cycle de cuisson complet. Les mords de la DMA sont protégés à l’aide de films démoulants FEP. Une isofréquence de 1Hz est appliquée avec un déplacement imposé de 3.10−6 _m.

Figure 2.34 – Evolution du module élastique en traction de l’adhésif FM300-M en fonction de 𝑇* mesuré par DMA

Les évolutions du module de traction mesuré en fonction de 𝑇* et du temps de cuisson

sont est illustrées dans les figures 2.34et 2.35. La comparaison entre le suivi du module élastique en traction de la FM300-M par DMA au cours de la cuisson et le modèle

CHILE identifié est disponible dans la figure2.35. Le modèle CHILE développé pour le préimprégné séparant les trois différents domaines de cuisson est conservé pour la modélisation de l’adhésif. La méthode d’identification des paramètres du modèle, à l’aide d’un algorithme Matlab, utilisée pour le preimprégné est également appliquée à l’adhésif. Notons cependant que le comportement de l’adhésif varie moins que le préimprégné entre son état cru et cuit. L’écart entre les mesures post-cuisson et le comportement réticulé durant cuisson observé pour la colle peut éventuellement n’être dû qu’à la différence de comportement entre le matériau cuit en autoclave et celui cuit au cours de la DMA ou à la répétabilité de l’essai. De plus, nous n’avons pas accès à la totalité du comportement durant réticulation puisque, au cours du cycle appliqué, très peu de temps après sa vitrification, le matériau repasse à l’état caoutchoutique. Il serait donc intéressant de compléter ces mesures par des essaisDMAau cours de cycles plus courts,

mieux adaptés à l’adhésif, ainsi que des mesures post-cuisson effectuées directement sur les échantillons cuits en DMA, comme fait pour le préimprégné.

Figure 2.35 – MesureDMA en traction au cours de la cuisson de la FM300-M et comparaison avec le modèle développé

Lors d’une cuisson en autoclave, dans leur épaisseur, les matériaux sont essentiellement sollicités en compression. Le modèle constitutif mécanique est donc identifié à l’aide des essais DMA en compression pour décrire le comportement thermomécanique de l’adhésif dans l’épaisseur. Pour les essais en compression la sollicitation statique est fixée à -5N et la dynamique à -1N. Les échantillons sont découpés dans un stratifié de 16 plis de films adhésifs. Une fois de plus ces essais n’ont été effectués qu’au cours d’un unique cycle de cuisson. Les résultats des essais au cours d’un cycle de cuisson pour l’adhésif et le modèle constitutif obtenu suite à l’identification des paramètres sur ces mesures sont illustrés dans la figure2.36. Une fois de plus le modèleCHILE modifié à trois domaines est utilisé.

Figure 2.36 – Suivi de l’évolution du module en compression par DMAau cours d’un cycle de cuisson pour l’adhésif

Conclusion

Les comportements thermocinétiques, thermochimiques et thermomécaniques sont main- tenant caractérisés pour les deux matériaux considérés. Un certain nombre de choix ont dû être effectués afin de ne pas alourdir ce travail de caractérisation et le modèle à implémenter. En particulier, afin d’éviter un modèle viscoélastique lourd, les com- portements thermomécaniques des matériaux sont décrits à l’aide d’un modèle CHILE modifié. Différentes méthodologies d’essais ont été développées afin de suivre l’évolution des comportements matériaux au cours de la cuisson. Ce travail de caractérisation n’est évidement pas exhaustif et certaines approximations ont dû être faites. Cependant, les principaux paramètres influant sur les déformations que sont le comportement ther- mocinétique, l’état physico-chimique des résines, les propriétés thermochimiques et le comportement thermomécanique ont été identifiés tout au long de la cuisson des deux matériaux. En s’appuyant sur ce travail de caractérisation, le modèle de cuisson va pouvoir être implémenté.

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Mise en place et validation de la

modélisation des distorsions de

cuisson

Introduction . . . 76 3.1 Mise en place du modèle des distorsions de cuisson. . . 76 3.1.1 Architecture globale du code FORTRAN . . . 76 3.1.2 Module thermocinétique . . . 78 3.1.3 Module contraintes et déformations . . . 79 3.2 Étude de la sensibilité du modèle . . . 80 3.2.1 Sensibilité du module thermocinétique . . . 80 3.2.1.1 Cas d’étude. . . 80 3.2.1.2 Maillage et incrément de temps . . . 81 3.2.1.3 Propriétés thermiques. . . 82 3.2.1.4 Degré d’avancement maximal et taux volumique de fibres. . 83 3.2.1.5 Conditions de stockage du préimprégné . . . 84 3.2.2 Sensibilité du module de simulation des contraintes et déformations 85 3.2.2.1 Cas d’étude. . . 85 3.2.2.2 Mise en place du plan de Taguchi . . . 85 3.2.2.3 Résultats et facteurs sensibles ou influents . . . 86 3.3 Validation du modèle thermocinétique de cuisson. . . 87 3.3.1 Validation du modèle sur une plaque épaisse. . . 87 3.3.2 Validation du modèle par mesures en arrêt de cycle . . . 89 3.4 Fabrication et mesures des distorsions post-cuisson des cas génériques . . 90 3.4.1 Fabrication des cas génériques . . . 90 3.4.1.1 Gamme de fabrication . . . 90 3.4.1.2 Cas génériques fabriqués . . . 91 3.4.2 Mesures des déformations . . . 94 3.4.2.1 Palpeur tridimensionnel . . . 94

3.4.2.2 Scanner 3D . . . 95 3.4.2.3 Mesure de forme par stéréo-corrélation . . . 95 3.4.2.4 Comparaison des trois méthodes de mesure . . . 96 3.5 Étude des mesures de distorsions et validation du modèle . . . 97

3.5.1 Mesures des distorsions et validation de la modélisation des pièces de type plaques . . . 97

3.5.1.1 Bilan et analyse des mesures de distorsions des plaques . . . 97 3.5.1.2 Simulations des distorsions de cuisson des plaques et validation du modèle . . . 99 3.5.2 Mesures des distorsions et validation de la modélisation des pièces de type cornières . . . 101

3.5.2.1 Bilan et analyse des mesures de distorsions des cornières . . . 101 3.5.2.2 Simulations des distorsions de cuisson des cornières et validation du modèle . . . 102 3.5.3 Mesures des distorsions et problématique des assemblages collés. . 103 Conclusion . . . 105

Introduction

Dans le chapitre précédent, les comportements matériaux thermocinétiques, thermochi- miques et thermomécaniques du préimprégné M21EV/IMA et de l’adhésif FM300-M ont été identifiés. Ce travail de caractérisation a donc pu être utilisé afin d’implémenter le modèle de distorsions de cuisson en autoclave des assemblages composites collés. Ce chapitre décrit, dans un premier temps, la mise en place du modèle de cuisson éléments finis. Une étude de sensibilité de ce modèle a également été effectuée.

Différentes étapes de validation expérimentale ont ensuite été mises en place. Tout d’abord, une validation du module thermocinétique du modèle a été effectuée à l’aide de suivis des températures, des avancements de réaction de réticulation et des températures de transition vitreuse au cours de la cuisson de l’adhésif et du préimprégné.

Finalement, afin de valider le modèle complet, des pièces composites et des assemblages collés ont été fabriqués en autoclave. Différentes méthodes de mesure des distorsions de cuisson ont été comparées afin de déterminer la méthode la plus pertinente pour cette étude. La mesure des distorsions post-cuisson de ces cas génériques a permis d’analyser l’influence de certains paramètres de cuisson et de vérifier que le modèle prédit correctement les distorsions finales des pièces.

3.1 Mise en place du modèle des distorsions de